Tendo como referência o assunto tratado no texto precedente, julgue o item que se segue.
Considere que o dióxido de enxofre ( \mathrm{SO}_{2} ) liberado na atmosfera sofra oxidação ao reagir com o gás oxigênio \left(\mathrm{O}_{2}\right), produzindo \mathrm{SO}_{3}, de acordo com a reação demonstrada a seguir, e que a reação tenha atingido o estado de equilíbrio.
\mathbf{2} \mathrm{SO}_{\mathbf{2}}(\mathbf{g})+\mathrm{O}_{\mathbf{2}}(\mathbf{g}) \rightleftharpoons \mathbf{2} \mathrm{SO}_{\mathbf{3}}(\mathbf{g})
Nesse caso, o estado de equilíbrio em questão pode ser alterado pela variação da pressão atmosférica.
( ) Certo

Passo 1

O enunciado dá a reação gasosa em equilíbrio
2\mathrm{SO}_2(g)+\mathrm{O}_2(g)\rightleftharpoons 2\mathrm{SO}_3(g)
e pergunta se o estado de equilíbrio pode ser alterado por variação da pressão atmosférica. Informações importantes fornecidas:
  • Todas as espécies estão no estado gasoso.
  • A reação já atingiu equilíbrio.
  • As quantidades estequiométricas mostram que, do lado dos reagentes, há 2+1=3 mols gasosos e, do lado dos produtos, há 2 mols gasosos.
    A partir daqui vamos analisar passo a passo se uma mudança de pressão pode deslocar esse equilíbrio.

Passo 2

Princípios e fórmulas relevantes (explicação didática):
  • Le Chatelier (intuição): um sistema em equilíbrio tenta contrabalançar uma perturbação. Se impusermos aumento de pressão por compressão, o equilíbrio tende a deslocar-se para o lado que ocupa menos volume (em reações gasosas, normalmente o lado com menos mols de gás).
  • Constante de equilíbrio em termos de pressão parcial: define-se K_p (para temperatura fixa) por
K_p=\frac{(P_{\mathrm{SO}_3})^{2}}{(P_{\mathrm{SO}_2})^{2}\,P_{\mathrm{O}_2}}.
Aqui P_X é a pressão parcial do gás X. K_p depende só da temperatura; uma mudança de pressão externa NÃO muda K_p se a temperatura for mantida.
  • Cociente de reação em termos de pressões (quociente de reação) Q_p tem a mesma forma que K_p, mas usa as pressões instantâneas:
Q_p=\frac{(P_{\mathrm{SO}_3})^{2}}{(P_{\mathrm{SO}_2})^{2}\,P_{\mathrm{O}_2}}.
Se Q_p<K_p a reação tende a progredir no sentido direto (produzir produtos); se Q_p>K_p tende a ir no sentido inverso.

Passo 3

Efeito de uma compressão (aumentar pressão por reduzir volume) explicado com contas simples:
  • Suponha que, instantaneamente, as pressões parciais dos gases se multiplicam por um fator f>1 (compressão isotérmica rápida). Então cada pressão passa de P_i para P_i'=fP_i.
  • Substituindo em Q_p:
Q_p'=\frac{(fP_{\mathrm{SO}_3})^{2}}{(fP_{\mathrm{SO}_2})^{2}\,(fP_{\mathrm{O}_2})} =\frac{f^{2}(P_{\mathrm{SO}_3})^{2}}{f^{3}(P_{\mathrm{SO}_2})^{2}P_{\mathrm{O}_2}} =f^{2-3}\,\frac{(P_{\mathrm{SO}_3})^{2}}{(P_{\mathrm{SO}_2})^{2}P_{\mathrm{O}_2}} =f^{-1}Q_p.
  • Em termos gerais pode-se usar \Delta\nu= (mols gasosos produtos) - (mols gasosos reagentes). Aqui \Delta\nu=2-3=-1. Então, sob multiplicação uniforme das pressões por f,
Q_p' = f^{\Delta\nu}Q_p = f^{-1}Q_p.

Passo 4

Interpretação física e conclusão:
  • Se o sistema estava inicialmente em equilíbrio tem-se Q_p=K_p. Após compressão ( f>1 ) obtemos Q_p'=f^{-1}K_p<K_p.
  • Como Q_p'<K_p, o sistema não está mais em equilíbrio e a reação tenderá a progredir no sentido direto (formar \mathrm{SO}_3) até que as pressões mudem de novo e Q_p volte a ser igual a K_p. Ou seja: aumento da pressão por compressão desloca o equilíbrio para o lado com menos mols gasosos — aqui os produtos.
  • Da mesma forma, uma diminuição da pressão (expansão, f<1) provoca Q_p'>K_p e desloca o equilíbrio para os reagentes.

Passo 5

Observações importantes (exceções e clarificação para não confundir):
  • A resposta acima refere-se a variações de pressão que modificam as pressões parciais dos reagentes e produtos (por exemplo, compressão/expansão do volume à temperatura constante). Nesses casos o equilíbrio muda de posição sempre que \Delta\nu\neq0.
  • Existe uma situação em que a pressão total muda e o equilíbrio não se altera: adicionar um gás inerte mantendo o volume constante mantém as pressões parciais dos reagentes e produtos inalteradas (porque P_i=n_iRT/V e n_i,V,T dos reagentes ficam iguais), logo não há deslocamento. Por outro lado, adicionar gás inerte à pressão constante pode alterar volume e então pode haver efeito. Por isso é importante especificar como a pressão é alterada; em termos práticos, mudanças na pressão atmosférica que comprimam ou expandam o ar localmente afetarão as pressões parciais e podem deslocar equilíbrios gasosos como este.

Resposta

Certo

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